科学届首次发现：与指纹相关的不仅是肢体发育，还有疾病！

指纹，人类手指末端指腹上由凹凸的皮肤所形成的纹路。

关于指纹，有很多未解之谜：

为什么会有指纹？指纹是怎么形成的？为什么每个人的指纹不一样？指纹能遗传吗？为什么灵长类和人有指纹，又为什么考拉有与人极类似的指纹？

复旦、中科院团队解开其中一个谜团：肢体发育相关基因在指纹花纹形成中发挥关键作用，而且，指纹花纹的变化或可成为某些疾病的“预警”。

2022年1月7日相关研究成果发表于2022年第一期《细胞》（Cell）主刊，该研究是全球迄今为止最大规模的指纹花纹全基因组关联分析。

解析指纹花纹遗传学结构

针对“指纹”，中科院上海营养与健康研究所汪思佳研究员团队、爱丁堡大学Denis Headon教授团队和复旦大学金力院士团队联合国内外十余家科研机构，展开深入研究。

研究者们从定位与指纹花纹表型相关的遗传变异入手，面向23,000多例个体进行全基因组关联扫描与多群体荟萃分析，从中识别出43个与人类指纹花纹相关的遗传基因座。

人类的指纹有三大类，弓形、斗型和箕型，关于指纹有很多有意思的科学问题，而指纹表型与哪种基因密切相关，其背后有怎样的遗传学机制？

“亚洲人的指纹花纹，斗型多，箕型少。除了这两种比较常见，还有弓型。”汪思佳说，指纹花纹形成于胚胎发育早期，且类型终生不变。

研究发现，指纹花纹的分布存在明显群体差异，而且不同手指的指纹花纹相关基因并不相同。专家们经过分析几百万遗传位点和指纹花纹之间的关系后发现，人类肢体发育相关基因在指纹花纹表型的形成中发挥了关键作用。

“我们观察到，这些基因显著富集在肢体发育与形成的相关通路，而非皮肤发育相关通路。”据汪思佳介绍，这一特征的发现令团队欣喜不已。其中，位于3q26.2区域临近EVI1基因的变异位点与中间三枚手指指纹的复合表型显著相关，从而为上世纪初即被发现的“指纹模块现象”（中间三枚手指指纹高度相关）提供了表型组学和遗传学解释。

该研究同时发现，指纹花纹与手指长度比例间紧密相关性，如小指相对越长，掌长相对越短，双手斗型花纹越多；而食指远端指节（指纹形成处）相对越长，斗形花纹则越少。

“看手相识疾病”或成可能

人类对外形表征与疾病关系的研究，由来已久。其中比较有名的是1973年在医学期刊《新英格兰医学杂志》发表的由Sanders T. Frank医生发现的“耳垂褶皱和冠心病有着一定的关系”的文章，这个现象最早也被称为Frank征，也有些人称它为“耳折征”。

而在2020年8月的《欧洲心脏病杂志》上又有学者发文称，额秃（发际线后移）、头顶秃、耳垂折痕、耳前折痕、眼袋深、鱼尾纹深、额头皱纹深、眼眶周围有皱纹、鼻沟、鼻唇沟（法令纹）深、老年斑、口唇苍白等头面部特征被算法认为可能与冠心病存在较显著关联。

那么，指纹与疾病有没有潜在联系呢？上世纪60年代就有很多论文提出，白血病患者的斗型指纹比较多，两者之间有关吗？为什么唐氏综合征患者的指纹与普通人相差甚远？……

据汪思佳介绍，“例如，科学界已经发现不同的皮纹表型与许多先天遗传性疾病之间的关联，比如唐氏综合征患者可能会有断掌、足拇趾弓状球纹等特征。”

目前，汪思佳团队正和复旦大学附属儿科医院等医疗机构合作，希望将相关研究成果尽早运用在新生儿先天性疾病的早期筛查中，实现早诊断、早治疗。

“导航图”带来了海量“问号”

这次研究成果的发布是“人类表型组大科学计划”的成果之一。人类表型组计划就是“测一切之可测”。

表型这个词有些生僻。表型是生命体的生物特征。表型组是指生物体从微观（即分子）组成到宏观、从胚胎发育到衰老死亡全过程中所有表型的集合。基因（内因）与环境（外因、含环境暴露和生活方式）共同决定了表型。

人类表型组计划就是要基于“测一切之可测”的理念，对人类的各种表型进行全尺度、全周期精密系统测量，从而解析基因-表型-环境之间以及宏观-微观表型之间的关联，进一步破解各种表型和人类健康与疾病的关系。

论文共同通讯作者、中科院院士、复旦大学教授金力认为，“本项成果是人类表型组研究的一个经典案例，很好地体现了人类表型组学作为一种新范式具有创新策源的重大科学意义。”

人类表型组计划的首要目标就是要为未来的生命科学研究绘制“导航图”。这是一张什么样的图呢？

据金力介绍，人类表型组的“导航图”就是几万种甚至十万种不同人类表型之间的关联图。他强调，“科学家们通过按图索骥，可以大大提高生命科学的创新效率，大大提高我们对生命现象认知的能力”。而这张“导航图”，将为科学家未来进一步解析复杂生命系统的机理与奥秘指明新的方向、提供有价值的线索，是具有战略性意义的生命科学原始创新源，有望引领新一轮健康科技与生物产业变革。

目前，已有超过800位常住上海的20-60岁志愿者完成了在张江平台2天1夜、每人测量超3万个指标的全景表型测量，使科学家首次获得了自然人群样本贯通宏观至微观尺度20余个领域类别的海量表型基线大数据，已经初步绘制了全球首张“人类表型组导航图”，发现了150余万个强关联，其中跨领域强关联占39%，大部分是科学界首次发现。

这张“导航图”，为科学界带来了海量的“问号”，等待科学家去进一步研究、破解。